Los materiales 2D moleculares encuentran inmensas aplicaciones en la ciencia de los materiales debido a su gran diversidad estructural y facilidad de control. Por lo tanto, es importante establecer un método simple y eficiente para su síntesis. Ahora, científicos de Japón presentan un método sencillo para sintetizar nanoláminas de coordinación de heterocapas, un material 2D prometedor que arroja luz sobre cómo se producen reacciones químicas de coordinación específicas en las interfaces líquido-líquido. Su método podría ayudar en el desarrollo de nuevos materiales 2D con aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos.
Crédito de la foto: Universidad de Ciencias de Tokio (TUS)
Se ha investigado mucho en el campo de los materiales bidimensionales (2D) en las últimas décadas. Como sugiere el nombre, estos materiales similares a una película delgada están formados por capas de solo unos pocos átomos de espesor. Muchas de las propiedades químicas y físicas de los materiales 2D se pueden ajustar, lo que lleva a aplicaciones prometedoras en muchos campos, incluidos la optoelectrónica, la catálisis, la energía renovable y más.
Las nanoplacas de coordinación son un tipo de material 2D particularmente interesante. «Coordinación» se refiere a la acción de los iones metálicos en estas moléculas, actuando como centros de coordinación. Estos centros pueden generar espontáneamente ensamblajes moleculares organizados que abarcan múltiples capas en materiales 2D. Estos han atraído la atención de los científicos de materiales debido a sus propiedades favorables. De hecho, solo hemos comenzado a arañar la superficie en lo que respecta a eso. heterocapa Las nanohojas de coordinación, nanohojas de coordinación cuyas capas tienen diferentes composiciones atómicas, pueden ofrecer.
En un estudio reciente, publicado por primera vez el 13 de junio de 2022 y presentado en la portada de Química – una revista europeaun equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) y la Universidad de Tokio en Japón informaron sobre un método notablemente simple para sintetizar nanoláminas de coordinación de heterocapas. Compuestas por el ligando orgánico terpiridina, hierro coordinado y cobalto, estas nanoláminas se ensamblan de una manera única en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles. El estudio, dirigido por el Prof. Hiroshi Nishihara de TUS, también incluyó contribuciones del Sr. Joe Komeda, el Dr. Kenji Takada, Dr. Hiroaki Maeda y el Dr. Naoya Fukui de TUS.
Para sintetizar las nanoláminas de coordinación de heterocapas, el equipo primero creó la interfaz líquido-líquido para permitir su ensamblaje. Disolvieron el ligando tris (terpiridina) en diclorometano (CH2clase2), un líquido orgánico que no se mezcla con agua. Luego vertieron una solución de agua y tetrafluoroborato ferroso, un químico que contiene hierro, sobre el CH2clase2. Después de 24 horas, la primera capa de la nanolámina de coordinación, bis(terpiridina)hierro (o “Fe-tpy”), se formó en la interfaz entre los dos líquidos.
Luego quitaron el agua rica en hierro y la reemplazaron con agua rica en cobalto. Durante los días siguientes, se formó una capa de bis(terpiridina)cobalto (o «Co-tpy») justo debajo de la que contiene hierro en la interfaz líquido-líquido.
El equipo realizó observaciones detalladas de la heterocapa utilizando varias técnicas avanzadas, como la microscopía electrónica de barrido, la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, la microscopía de fuerza atómica y la microscopía electrónica de transmisión de barrido. Descubrieron que la capa de Co-tpy se formaba claramente debajo de la capa de Fe-tpy en la interfaz líquido-líquido. También pudieron controlar el grosor de la segunda capa dependiendo de cuánto tiempo ejecutaron el proceso de síntesis.
Curiosamente, el equipo también descubrió que el orden de las capas se podía intercambiar simplemente cambiando el orden de los pasos de síntesis. En otras palabras, si primero agregaron una solución que contiene cobalto y luego la reemplazaron con una solución que contiene hierro, la heterocapa sintetizada tendría centros de coordinación de cobalto en la capa superior y centros de coordinación de hierro en la capa inferior. «Nuestros resultados muestran que los iones metálicos pueden pasar de la fase acuosa al CH a través de la primera capa.2clase2 Fase para reaccionar con ligandos de terpiridina justo en la interfaz entre la nanolámina y el CH2clase2 Fase,“, explica el profesor Nishihara. «Esta es la primera aclaración de la dirección de crecimiento de las nanoláminas de coordinación en una interfaz líquido/líquido.”
Además, el equipo estudió las propiedades de oxidación-reducción de sus nanoláminas de coordinación, así como sus propiedades de rectificación eléctrica. Descubrieron que las heterocapas se comportaban de manera similar a un diodo, de acuerdo con los niveles de energía electrónica Co-tpy y Fe-tpy. Estos conocimientos, junto con el método de síntesis simple desarrollado por el equipo, podrían ayudar en el diseño de nanoláminas de heterocapa hechas de otros materiales y adaptadas a aplicaciones electrónicas específicas. «Nuestro método de síntesis podría ser aplicable a otros polímeros de coordinación sintetizados en interfaces líquido-líquido,” enfatiza el Prof. Nishihara. «Por lo tanto, los resultados de este estudio ampliarán la diversidad estructural y funcional de los materiales moleculares 2D.”
De cara al futuro, el equipo seguirá estudiando los fenómenos químicos que se producen en las interfases líquido-líquido para dilucidar los mecanismos del transporte de masa y las reacciones químicas. Sus resultados pueden ayudar a expandir el diseño de materiales 2D y, con suerte, conducir a un mejor rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos como las células solares.
Fuente: https://www.tus.ac.jp/en/
